[发明专利]基于EMSR的微型管道机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于EMSR的微型管道机器人，该设计基于电磁-机械同步共振(Electromagnetic&Mechanical Synchronous Resonance，EMSR)技术，首先通过功率发射电路将电能无线传输到励磁线圈，然后超磁致伸缩棒在交变磁场下产生变形，使机器足产生弯曲和伸展变形，从而实现微型管道机器人的先进或后退动作。本发明设计巧妙结合了无线电能传输技术及超磁致伸缩材料特性，具有结构简单、效果明显、维护方便和操作灵活的特点

背景技术

磁致伸缩材料、形状记忆材料和压电材料不但能够对外界或内部的物理、化学变化具有感知能力，同时能够针对发生的变化作出响应，在传感器与执行器领域具有广泛应用，因此成为新型功能材料的代表。其中利用磁致伸缩效应制成的电-磁-机高精度快速微位移执行器具有易于集成、微型化、智能化等优点，目前被广泛应用于现代精密加工、建筑工程、机器人、医学和航空航天等领域。

本发明主要利用超磁致伸缩材料自身可实现电磁能与机械能高效相互转换的特点，将其放置于外部交变磁场中时产生两倍于交变磁场频率变化的磁致伸缩变形，从而使电-机换能装置吸收后高效的转化为机械能，可为特殊条件下工作的微型管道机器人的只要与设计提供有效的解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，在电能的无线传输基础上利用超磁致伸缩材料自身特点，使微型致动器在交变磁场中反复的发生伸长或缩短变化，从而将电磁能同步的转换为机械能，实现微型管道机器人的前进与后退动作。

本发明所采用的技术方案是：基于EMSR的微型管道机器人，包括有函数信号发生器(1)；功率放大器(2)；功率发射电路(3)；励磁线圈(4)；金属工作平面(5)；微型致动器(6)；电压监测环节(7)。

所述的功率放大器(2)由可以工作在高频、高电压下的大功率电子管为主要核心，结合外围电子器件组成大功率线性放大器，当函数信号发生器(1)根据功率发射电路(3)谐振频率输出一个正弦波形时，功率放大器(2)将该正弦信号放大为一功率信号，并通过电子管的调压旋钮改变输出功率。

所述的功率发射电路(3)由两部分组成：一部分是由高电导率无氧铜线密绕于线圈骨架上形成具有一定电感量的空心线圈；另一部分是选取高频金属薄膜电容器构成补偿回路并联在空心线圈首尾，功率发射电路(3)的工作频率由以上两部分同时决定。

所述的励磁线圈(4)由线径极细的高导电率漆包线紧密缠绕在微型致动器(6)上而成，其自身具有一定电感量，并与金属工作平面(5)提供的分布式电容共同决定了励磁线圈(4)的谐振频率。

所述的金属工作平面(5)具有一定导电性的平面金属薄片制作而成，表面涂有绝缘涂层及阻热涂层，一方面可作为微型致动器(6)的工作平面，另一方面使励磁线圈(4)的分布式电容总量增加，从而调节励磁线圈(4)的谐振频率。

所述的微型致动器(6)由超磁致伸缩材料薄膜粘贴在弹性金属片表面制作而成。当微型致动器(6)处于交变电磁场中时，由于超磁致伸缩薄膜与弹性金属片挠度不同，使得弹性金属片在磁致伸缩现象的带动下发生伸长或缩短变化。同时，由于不存在偏执磁场，微型致动器(6)产生形变的频率为外磁场频率的两倍。

本发明的基于EMSR的微型管道机器人，在无线电能传输的基础上，将电磁能通过无线的方式由功率发射电路传送到励磁线圈并向微型致动器提供电能，然后利用超磁致伸缩材料的自身特性将电能转换为统一频率的机械能，使机器足产生弯曲和伸展变形，从而实现微型管道机器人的先进或后退动作。

附图说明

图1是本发明的整体结构原理图；

图2是功率发射电路及机器人工作平台示意图；

图3是微型致动器结构原理图；

图4是处于工作平台上的微型管道机器人示意图；

图5是微型管道机器人驱动系统结构关系图；

其中：

(1)：函数信号发生器；(2)：功率放大器；(3)：功率发射电路；(4)：功率接收电路；(5)：电-机换能装置；(6)：电压监测环节；(7)：振动监测环节。

a₁：功率发射端         a₂：功率接收端

V₁：发射端电压         V₂：接收端电压

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明的基于EMSR的微型管道机器人做出详细说明。